基于TMS320F2812DSP的电梯门机驱动控制系统

基于 TMS320F2812 DSP的电梯门机驱动控制系统 屈 　喆 ,曾岳南 广东工业大学自动化学院 ,广东广州 (510006) 摘　要 　为了得到高性能的电梯门机驱动控制系统 ,提出了一种基于 TMS320F2812 DSP的控 制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。详细阐述了电梯门及控制驱动器的硬件、软件 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方案 ,进而设计出集门电机驱动与门 机逻辑控制于一体的电梯门机控制器 ,并经有关生产基地的测试 ,验证了控制器的可行性。现该 控制器已进行产业化前的小规模试用。 关键词 　电梯门机 ; DSP;门宽自适应 中图分类号 TM301. 2　文献标识码 A　文章编号 100827281 (2009) 0220027204 A Eleva tor D oor Con trol System Ba sed on TM S320F2812 D SP Q u Zhe and Zeng Yuenan Abstract　 In order to obtain high performance control system of elevator door, this paper p resents a control method based on TMS320F2812DSP. The design scheme of hard2 ware and software of the elevator door and control driver has been described in detail, and then the elevator door controller combined with technology of driving and logical control of door machine is p resented. The feasibility of this control system has been p roved by the test of p roduction base. The control system has been on a small scale trial before industri2 alization. Key words　Elevator door machine; DSP; adap tive door wide. 0　引言 在电梯设备中 ,电梯门机系统的良好性能对 电梯设备整体性能的提升具有重要意义。所以 , 设计出运行平稳、快速、安静、安全的高性能电梯 门机驱动控制系统一直是业界所追求的目标。电 梯门机驱动控制器是一个典型的电机伺服系统 , 其工作原理如下 :电机旋转时 ,带动驱动轮转动 , 驱动轮通过同步皮带带动从动轮转动 ,使同步皮 带沿水平方向运动。同步皮带通过连接块带动电 梯门沿水平方向作开关门运动。 本文对集电梯门电机驱动控制与电梯梯门逻 辑控制于一体的电梯门机驱动控制器进行了研 究 ,详细阐述了硬件、软件的实施方案。该控制器 已在相关测试基地进行了检测 ,并实现了 50万次 的无故障运行 ,目前已经开始产业化前的小规模 试用。 1　硬件设计 本文以 TMS320F2812 DSP为控制芯片 ,首先 给出了系统的整体硬件设计方案 ,进而阐述了编 码器接口及 A /D模块的设计方案。 1. 1　系统硬件设计方案 系统硬件设计方案如图 1所示。 图 1　系统硬件方框图 系统硬件采用 22PS215632P IPM为功率模块、 TS6026N151增量式编码器为主要功能部件。先 阐述系统各个部件的功能。TMS320F2812 DSP模 块将接收来自系统各个模块的信息 ,对其进行综 合处理后完成对电机的控制和故障处理。电平转 换模块将 DSP事件管理单元输出的 6路 PWM 信 号进行电平转换后 ,送入 IPM模块 ,实现 DC /AC 变换 ,控制电机正反转。编码器模块将电机端输 出的差分信号变成 3路单端信号 A、B、Z,再经低 通滤波电路接入增量式光电编码器 ,以检测电梯 门的运行速度和位置。电流检测模块将对电机电 72 　 　 2009年第 2期 　　　 　 　 　第 44卷 (总第 147期 ) 　　　　 ( EXPLOSION - PROOF ELECTR IC MACH INE) 　　　　防爆电机　 流经测量、滤波 ,并转化为 0～3V的电压信号 ,将 其送入 DSP的 A /D引脚 ,以检测电机的运行情 况。故障检测模块将对功率电路中诸如短路、电 源掉电和 IPM故障等信号经检测 ,将结果经电平 转换后送入 DSP的 I/O端口。人机界面模块实 现键盘输入与显示功能 ,用以完成对电机控制参 数的输入、电机运行状态与相关参数的显示。存 储器模块用以保存电梯门开关门曲线、门宽以及 故障代码等系统运行参数。电梯门机信号检测模 块将电梯门状态反馈信号经光电隔离后 ,转换成 0～3. 3V的电压信号送入 DSP的 I/O端口。 1. 2　编码器接口电路 该系统采用型号为 TS6026N151的增量式旋 转编码器 ,该编码器的分辨率为 512脉冲 /圈 ,输 出 A - 珚A、B - 珔B、Z - 珔Z3路差分信号。编码器接口 电路将该 3路差分信号通过 26LS32差分转单端 芯片、RC 低 通 滤 波 电 路、施 密 特 触 发 器 SN74HC14等模块进行脉冲整形 ,得到三路单端 编码器信号 A、B、Z。这三路信号经 5V～3. 3V的 电平转换后 ,接入 DSP的增量式光电编码器 ,实 现系统对电梯门的运行速度和位置的检测。编码 器 A相信号的接口电路如图 2所示。 图 2　编码器接口电路 1. 3　A /D采样模块 系统配置了 4路 AD 通道对电机的三相电 流、功率变换单元的直流母线电压进行检测。系 统在 AD变换前端设计了 Butterworth型、Multip le2 Feedback拓扑结构的二阶有源低通滤波器 ,对功 率变换单元电流传感器的输出信号进行滤波处 理 ,它的优点是具有良好的高频衰减特性和失真 特性 ,而且也能够降低元件灵敏度。其截止频率 设计值如式 (1)所示。为了评估所设计滤波器的 传输特性 ,使用电路设计与仿真软件 TINA2TI对 滤波电路进行虚拟原型设计。由测试结果可知 , 信号 幅 值 衰 减 3dB 时 对 应 的 信 号 频 率 为 250. 9Hz,即滤波器的截止频率为 250. 9Hz,与设 计值相符。系统的幅频特性曲线如图 3所示。 　ω - 3dB = 1 2π R23 R24 C15 C16 = 1 2π (10 ×103 ) ×(10 ×103 ) ×(130 ×10 - 9 ) ×(30 ×10 - 9 ) ≈ 254Hz (1) 图 3　幅频特性曲线 82 　防爆电机　　　　 ( EXPLOSION - PROOF ELECTR IC MACH INE) 　　　 　 　2009年第 2期　　　　第 44卷 (总第 147期 ) 　 2　系统软件设计 2. 1　系统软件设计方案 系统的软件设计包括初始化、电机驱动控制、 电梯门机控制任务调度、电梯门机控制任务等四部 分程序。初始化程序用于配置系统的运行状态及 工作参数 ;电机驱动控制程序用于实现电机的驱动 控制算法 ;电梯门机控制任务调度程序用于调度控 制电梯门机控制任务程序的执行 ;电梯门机控制任 务程序用于实现完成门机动作的各功能。 2. 2　系统主程序 主程序是软件的主体框架 ,其工作过程是 :系 统上电复位后 ,依次对片内外设进行初始化、从 E2 PROM中读出控制参数、LED显示初始信息。初 始化完成后 ,主程序循环执行 LED显示、键盘处理 和参数计算与保存。主程序流程图如图 4所示。 图 4　主程序流程图 2. 3　电机驱动控制程序 本控制器采用开环恒压频比 (VVVF)与空间 矢量脉宽调制 ( SVPWM )相结合的电机驱动控制 方法驱动三相异步电机 ,电机驱动程序控制框图 如图 5所示。 图 5　电机驱动程序控制框图 　　电机驱动程序的输入变量为电机运行频率 f及电机运行方向 d,“缓升缓降 ”模块控制电机的 增减速曲线 ,“恒压频比 ”模块在考虑低频定子压 降补偿的基础上计算给定电压矢量 Uout的幅值 , “电角度计算 ”模块根据电机运行频率及方向计 算出给定电压矢量 Uout旋转的电角度θe ;“ IPARK 变换 ”模块实现两相旋转坐标 ( dq坐标 )到两相静 止坐标 (αβ坐标 )的变换 ,此处把“恒压频比 ”模 块输出的 Uout幅值定位在 ( dq)坐标的 q轴坐标上 进行 IPARK变换 ;“SVPWM ”模块根据 Uout在 (αβ)坐标上的 Uα、Uβ分量 ,计算出占空比 Ta、Tb、 Tc;最后事件管理器的比较单元根据占空比输出 6路 PWM信号 ,驱动电机运转。 本设计中 ,电机驱动控制程序为 DSP的一个 中断服务程序 ,具有良好的实时性 ,该中断服务程 序的流程图如图 6所示。 图 6　电机驱动控制程序流程图 2. 4　系统任务调度程序 任务调度程序由任务时基管理程序与任务调 度管理程序两部分组成。任务时基管理程序以 92 　 　 2009年第 2期 　　　 　 　 　第 44卷 (总第 147期 ) 　　　　 ( EXPLOSION - PROOF ELECTR IC MACH INE) 　　　　防爆电机　 DSP定时器 1m s定时时间作为任务管理时基 ,计 算每个任务程序的执行周期 ,若任务执行周期已 到 ,管理程序将相应任务的执行权标志置位 ,该任 务已进入运行任务队列 ,任务时基管理程序流程 图如图 7所示。 图 7　任务时基管理程序流程图 2. 5　门机控制任务程序 电梯门机控制任务程序主要有电梯门机逻辑 控制程序、门机运行曲线计算程序、人机界面程 序、参数存储程序、门宽自适应程序等。 2. 5. 1　门机逻辑控制程序 电梯门机逻辑控制程序根据电梯门的反馈信 号来响应电动机驱动控制指令 ,拖动电梯门完成 开关门动作以及在出现故障情况时完成相应的保 护动作。 2. 5. 2　门机运行曲线计算程序 电梯门在开关门动作过程中 ,为了达到平滑、 稳定、快速、安全的要求 ,电机要按一定的速度变 化曲线工作。曲线分为加速、匀速、减速、末段四 个阶段 ,曲线的横轴 d代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 门机运行的位置 ,纵轴 f代表电机的给定工作频率。曲线中 f1表示加速 段的目标频率 , d2表示开始减速的位置 , f2表示 减速段的目标频率 , d3表示门机运行进入末段处 理的位置。电机运行的给定频率主要根据编码器 的位置反馈信号来确定。电机的开关门运行速度 曲线如图 8所示。 图 8　开关门运行曲线 　　系统在某 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 实验中心进行了门机运行测试 和硬件系统电磁兼容测试。 3　结语 本文对基于 TMS320F2812 DSP电梯门机控制 系统的硬件和软件设计给出了详细的解决方案 ,并 通过电梯门机运行测试和硬件系统电磁兼容测试 对控制器的性能进行了评测 ,评测结果表明本设计 中采用开环恒压频比 (VVVF)与空间矢量脉宽调 制 (SVPWM)相结合的电机驱动控制方案驱动三相 异步电机取得了良好的控制效果 ,本控制器实现了 电梯门机的平稳、快速控制 ,并具有谐波分量小的 优点 ,符合电梯门机系统的使用要求。 参考文献 [ 1 ]　陈伯时主编. 电力拖动自动控制系统 —运动控制系 统 [M ]. (第 3版 ). 北京 :机械工业出版社 , 2003. [ 2 ]　滕泓虬 ,余天才 ,方昌始 ,毛宗源. 采用 DSP和 IPM 的电梯门机控制系统 [ J ]. 测控技术. 2004, 23 (3). [ 3 ]　程众悦 ,季小尹. 基于 DSP控制的无刷直流电机在 电梯门机中的应用 [ J ].机械与电子. 2006, (6). [ 4 ]　安群涛 ,李波 ,孙兵成. Abdolreza Esmae. 基于数字信 号处理器和 IRMCK201的电梯门机伺服系统 [ J ]. 电机与 控制应用. 2006, (5). 　屈　喆　男　1984年生 ;广东工业大学硕士研究生 ,主要研究 方向为电力电子与运动控制. 　收稿日期 : 2008210207 03 　防爆电机　　　　 ( EXPLOSION - PROOF ELECTR IC MACH INE) 　　　 　 　2009年第 2期　　　　第 44卷 (总第 147期 )